生物质直燃锅炉运行机理
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20世纪90年代，国内外不少学者将自动控制 与人工智能的结合产生的控制制理论用于对难 以建立精确数学模型的复杂锅炉系统的建模、 仿真、诊断及控制研究，取得了良好的控制效 果。其中颇有影响的几种智能控制策略：模糊 控制、神经网络控制、专家控制理论和遗传算 法。 本课题会在今后的学习研究中寻找更适合惠民 生物质电厂的控制策略并进行仿真实验。
总结：
从资源可供性来讲，引进秸秆直接燃烧发电技 术，在中国推广是可行的。从作用上来讲，秸 秆直燃发电项目不仅功在当代，同时利在千秋。 本课题将就秸秆直燃发电机组的主要被控对象 做建模及控制策略的研究，以期为今后更进一 步地优化做良好的基础
2.课题研究现状及发展
Hale Waihona Puke Baidu
2.1生物质发电研究现状及发展
生物质发电在其他国家的发展
在英国，其位于坎贝斯的生物质能发电厂是目 前世界上最大的秸秆发电厂。在奥地利，生物 质能在总能耗中的比例由原来大约2"--3％激增 到约25％。在德国，截至2005年，德国就已 经拥有140多个区域热电联产的生物质电厂， 同时有近80个此类电厂在规划设计或建设阶 段。在美国，它是世界上林业废物直接燃烧发 电规模最大的国家，拥有超过500座以林业生 物质为原料的电厂，主要分布在纸浆、纸产品 加工厂和其他林产品加工厂。
资料显示，国家发改委曾派出研究组赴丹麦等 国家考察秸秆直燃供热发电项目，通过这次考 察，了解了进秸秆直燃技术，并讨论发现其在 中国基本可行，原因如下： 1.数量保证。随着中国经济的快速发展和农民生活水平的提高，剩余农作物秸
秆的数量越来越多。
2.交通有保证。中国县乡及农村的道路状况大大改善，运输行业基本实
生物质直燃锅炉运行机理 与控制策略研究
硕自动化103班 王超 导师：赵征
目录
1.选题背景及意义 2.课题研究现状及发展 3.课题研究内容 4.研究方案及难点 5.预期成果和可能创新点 6.主要参考文献
1.选题背景及意义
随着我国能源需求量的迅猛增长，近年来世界 能源、电力供求趋紧，以燃料、石油、天然气 为代表的常规能源将最终会被耗尽， 同时， 使用这些化石燃料还会导致严重的环境污染问 题。为了应付日益突出的能源危机和气候变化， 世界各国高度重视生物质发电，提出了明确的 发展目标，制定了完整的法规和政策体系。以 欧盟为例，近年来对节能环保非常重视，并对 电力市场绿色电力份额有强制性规定。
保项目，有巨大的发展前景和重大的社会经济意义。资料显示，高唐 生物发电厂投产后，直接和间接增加就业人口1000多人。周边农民向 电厂卖秸秆，一年可增收约5000万元，同时还得到草木灰约8000吨， 用以肥田。10家生物发电厂一年就可使农民增收约5亿元。同时，作 为农民的生活用能，秸秆燃烧效率只有约15％，而生物质直燃发电锅 炉可以将热效率提高到90％以上，显著提高了生物质的利用效率，是 节约能源的重要措施。
5．预期成果和可能的创新点
如果过程顺利，本课题将分析生物质热工对象的 特性、论证控制系统的方案，并在几项辨识方法 的比较对比中，找出更为准确的辨识方法应用于 实践，得出一个精确地模型用于以后的研究，为 控制策略的选择提供基础，同时极大地提高工程 技术人员的工作效率。并且可以帮助工程技术人 员对比多种控制策略，找出控制品质更高的控制 策略。创新点可能会出现在便是算法的研究上和 控制策略的构造上。可能会根据实际情况改进现 有的辨识算法，得出更适合于研究生物质对象的 方法，在控制策略上可能也会改进现有的方法， 提出更适合生物质直燃锅炉的的控制策略。
展望：预计到2010年，美国将新增约1 100万 千瓦的生物质发电装机。到2020年，西方工 业国家15％的电力将来自生物质发电，而目 前生物质发电只占整个电力生产的1％。届时， 西方将有l亿个家庭使用的电力来自生物质发 电，生物质发电产业还将为社会提供40万个 就业机会
2.2控制策略的研究现状与发展
总结
经过前面的介绍，我愈发的能够感受到肩上的 压力，因此， 精益求精，不懈努力，积极探索， 将是我对这个课题的基本态度。
1)生物质水分含量较多，燃烧需要较高的干燥温度和较长的干燥时间，产 山东大学硕士学位论文 生的烟气体积较大，排烟热损失较高； )生物质燃料的密度小，结构比较松散，迎风面积大，容易被吹起，悬浮 燃烧的比例较大； )由于生物质发热量低，炉内温度场偏低，组织稳定的燃烧比较困难； )由于生物质挥发份含量高，燃料着火温度较低，一般在250℃～350℃ 温度下挥发分就大量析出并开始剧烈燃烧，此时若空气供应量不足，将 会增大燃料的化学不完全燃烧损失； )挥发分析出燃烬后，受到灰烬包裹和空气渗透困难的影响，焦炭颗粒燃 烧速度缓慢、燃烬困难，如不采取适当的必要措施，将会导致灰烬中残 留较多的余碳，增大机械不完全燃烧损失。
4．研究方案及难点
为了完成课题的研究，将采取以下5步： （1）生物质电厂运行机理分析及相关数据采 集 （2）数据预处理 （3）模型辨识 （4）模型检验 （5）控制策略研究 各阶段可能遇到的问题如下：
4．研究方案及难点
（1）生物质电厂运行机理分析及相关数据采集 因为是第一次接触生物质直燃式锅炉，缺乏经 验，可能一些问题的分析上会觉得无从下手，找 不到重点，因此，争取全面细致的分析将是我的 工作重点。在数据采集方面可能会因为调试试验 做的不够全面，导致无法得到能够有效地、准确 的辨识出模型的数据。 （2）数据预处理 输入输出数据通常含有直流成分，低频或高频成 分，一般要对数据进行零均值化和滤波的预处理， 如果处理得不好，会影响辨识精度。
现市场化，平原地区的秸秆运输半径加大
3.供应有保证。中国可以借助原有的遍布农村各个角落的粮、棉收储机
构兼营秸秆收储业务，保证每年持续稳定地将数万、数十万吨能源密度较低的农作物 秸秆供应到电厂。同时，中国长江以北广大地区，通过露天存放秸秆，可以简化存储 设施，大大降低存储成本和秸秆的到厂价格。
4、意义重大。秸秆直燃发电项目是中国最大的支农和节能环
2.2控制策略的研究现状与发展
2.1生物质发电研究现状及发展
1989年丹麦诞生了世界上第一座秸秆生物燃烧发 电厂。丹麦的秸秆燃烧发电技术现已走向世界， 被联合国列为重点推广项目。 过去，林业生物质直燃发电大多采用中温中压层 燃炉，以降低锅炉结渣和腐蚀。随着技术的发展， 高温高压生物质直燃锅炉发电也越来越多地采用， 装机容量一般大于20MW，高的可以达到上百 MW。 （而我即将参与的山东惠民生物质发电厂装机容 量为30WM。）
3．课题研究内容
本课题将主要包扩以下三方面内容： 1. 生物质直燃锅炉的工艺简介、主要设计参数和燃烧过程分析； 生物质直燃锅炉与普通燃料粉炉结构差别很大，因而运行过程差别 也很大，必然造成运行调节规律的差别。因此，详细分析其工艺流 程与燃烧过程就显得尤为重要。 2.主要被控对象的建模 本课题将以系统辨识技术为背景，运行数据为研究依据，试验多种 辨识方法对生物质电厂典型热工过程进行辨识。寻找更准确、更便 捷得将该生物质电厂典型过程辨识出来的方法，为后面的研究做铺 垫。 3.控制策略研究 因为生物质直燃锅炉是近几年才开始发展的新兴技术，其控制和运 行调整可以借鉴的经验几乎没有。因此，积极发现现场调试中的问 题，并回来做实验仿真试验，将是研究其控制策略的有效途径。
（3）模型辨识 模型类的确定主要根据先验知识对过程的特性进行一定程度的 假设，明确所要建立的模型是静态的还是动态的，是联系的还 是离散的，是线性的还是非线性的，是参数模型还是非参数模 型等。对于我们现场经验不足的我们来说，可能还无法直接根 据响应曲线确定精确地模型类型。类型选的不好，将直接影响 辨识精度。在模型确定后，寻找更适合本生物质电厂的辨识算 法也很重要，方法选取的不好也会影响辨识精度，并直接影响 控制策略的设计。 （4）模型检验 当利用一组数据辨识得到一个模型之后，通常希望用另一组未 参与辨识的数据检验模型的适用性。如果检验结果失败，可能 存在的问题是：辨识所用的一组数据包含的信息不足或所选模 型类不合适。另外，也可以用同一组数据对不同模型进行比较， 宜选用更适合的模型。 （5）控制策略研究 因为可借鉴的经验比较少，在确定了新的控制策略后，可能 无法在现场进行实验，导致无法验证该策略的现实可行性与可 靠性。
总结：
从资源可供性来讲，引进秸秆直接燃烧发电技 术，在中国推广是可行的。从作用上来讲，秸 秆直燃发电项目不仅功在当代，同时利在千秋。 本课题将就秸秆直燃发电机组的主要被控对象 做建模及控制策略的研究，以期为今后更进一 步地优化做良好的基础
2.课题研究现状及发展
Hale Waihona Puke Baidu
2.1生物质发电研究现状及发展
生物质发电在其他国家的发展
在英国，其位于坎贝斯的生物质能发电厂是目 前世界上最大的秸秆发电厂。在奥地利，生物 质能在总能耗中的比例由原来大约2"--3％激增 到约25％。在德国，截至2005年，德国就已 经拥有140多个区域热电联产的生物质电厂， 同时有近80个此类电厂在规划设计或建设阶 段。在美国，它是世界上林业废物直接燃烧发 电规模最大的国家，拥有超过500座以林业生 物质为原料的电厂，主要分布在纸浆、纸产品 加工厂和其他林产品加工厂。
资料显示，国家发改委曾派出研究组赴丹麦等 国家考察秸秆直燃供热发电项目，通过这次考 察，了解了进秸秆直燃技术，并讨论发现其在 中国基本可行，原因如下： 1.数量保证。随着中国经济的快速发展和农民生活水平的提高，剩余农作物秸
秆的数量越来越多。
2.交通有保证。中国县乡及农村的道路状况大大改善，运输行业基本实
生物质直燃锅炉运行机理 与控制策略研究
硕自动化103班 王超 导师：赵征
目录
1.选题背景及意义 2.课题研究现状及发展 3.课题研究内容 4.研究方案及难点 5.预期成果和可能创新点 6.主要参考文献
1.选题背景及意义
随着我国能源需求量的迅猛增长，近年来世界 能源、电力供求趋紧，以燃料、石油、天然气 为代表的常规能源将最终会被耗尽， 同时， 使用这些化石燃料还会导致严重的环境污染问 题。为了应付日益突出的能源危机和气候变化， 世界各国高度重视生物质发电，提出了明确的 发展目标，制定了完整的法规和政策体系。以 欧盟为例，近年来对节能环保非常重视，并对 电力市场绿色电力份额有强制性规定。
保项目，有巨大的发展前景和重大的社会经济意义。资料显示，高唐 生物发电厂投产后，直接和间接增加就业人口1000多人。周边农民向 电厂卖秸秆，一年可增收约5000万元，同时还得到草木灰约8000吨， 用以肥田。10家生物发电厂一年就可使农民增收约5亿元。同时，作 为农民的生活用能，秸秆燃烧效率只有约15％，而生物质直燃发电锅 炉可以将热效率提高到90％以上，显著提高了生物质的利用效率，是 节约能源的重要措施。
5．预期成果和可能的创新点
如果过程顺利，本课题将分析生物质热工对象的 特性、论证控制系统的方案，并在几项辨识方法 的比较对比中，找出更为准确的辨识方法应用于 实践，得出一个精确地模型用于以后的研究，为 控制策略的选择提供基础，同时极大地提高工程 技术人员的工作效率。并且可以帮助工程技术人 员对比多种控制策略，找出控制品质更高的控制 策略。创新点可能会出现在便是算法的研究上和 控制策略的构造上。可能会根据实际情况改进现 有的辨识算法，得出更适合于研究生物质对象的 方法，在控制策略上可能也会改进现有的方法， 提出更适合生物质直燃锅炉的的控制策略。
展望：预计到2010年，美国将新增约1 100万 千瓦的生物质发电装机。到2020年，西方工 业国家15％的电力将来自生物质发电，而目 前生物质发电只占整个电力生产的1％。届时， 西方将有l亿个家庭使用的电力来自生物质发 电，生物质发电产业还将为社会提供40万个 就业机会
2.2控制策略的研究现状与发展
总结
经过前面的介绍，我愈发的能够感受到肩上的 压力，因此， 精益求精，不懈努力，积极探索， 将是我对这个课题的基本态度。
1)生物质水分含量较多，燃烧需要较高的干燥温度和较长的干燥时间，产 山东大学硕士学位论文 生的烟气体积较大，排烟热损失较高； )生物质燃料的密度小，结构比较松散，迎风面积大，容易被吹起，悬浮 燃烧的比例较大； )由于生物质发热量低，炉内温度场偏低，组织稳定的燃烧比较困难； )由于生物质挥发份含量高，燃料着火温度较低，一般在250℃～350℃ 温度下挥发分就大量析出并开始剧烈燃烧，此时若空气供应量不足，将 会增大燃料的化学不完全燃烧损失； )挥发分析出燃烬后，受到灰烬包裹和空气渗透困难的影响，焦炭颗粒燃 烧速度缓慢、燃烬困难，如不采取适当的必要措施，将会导致灰烬中残 留较多的余碳，增大机械不完全燃烧损失。
4．研究方案及难点
为了完成课题的研究，将采取以下5步： （1）生物质电厂运行机理分析及相关数据采 集 （2）数据预处理 （3）模型辨识 （4）模型检验 （5）控制策略研究 各阶段可能遇到的问题如下：
4．研究方案及难点
（1）生物质电厂运行机理分析及相关数据采集 因为是第一次接触生物质直燃式锅炉，缺乏经 验，可能一些问题的分析上会觉得无从下手，找 不到重点，因此，争取全面细致的分析将是我的 工作重点。在数据采集方面可能会因为调试试验 做的不够全面，导致无法得到能够有效地、准确 的辨识出模型的数据。 （2）数据预处理 输入输出数据通常含有直流成分，低频或高频成 分，一般要对数据进行零均值化和滤波的预处理， 如果处理得不好，会影响辨识精度。
现市场化，平原地区的秸秆运输半径加大
3.供应有保证。中国可以借助原有的遍布农村各个角落的粮、棉收储机
构兼营秸秆收储业务，保证每年持续稳定地将数万、数十万吨能源密度较低的农作物 秸秆供应到电厂。同时，中国长江以北广大地区，通过露天存放秸秆，可以简化存储 设施，大大降低存储成本和秸秆的到厂价格。
4、意义重大。秸秆直燃发电项目是中国最大的支农和节能环
2.2控制策略的研究现状与发展
2.1生物质发电研究现状及发展
1989年丹麦诞生了世界上第一座秸秆生物燃烧发 电厂。丹麦的秸秆燃烧发电技术现已走向世界， 被联合国列为重点推广项目。 过去，林业生物质直燃发电大多采用中温中压层 燃炉，以降低锅炉结渣和腐蚀。随着技术的发展， 高温高压生物质直燃锅炉发电也越来越多地采用， 装机容量一般大于20MW，高的可以达到上百 MW。 （而我即将参与的山东惠民生物质发电厂装机容 量为30WM。）
3．课题研究内容
本课题将主要包扩以下三方面内容： 1. 生物质直燃锅炉的工艺简介、主要设计参数和燃烧过程分析； 生物质直燃锅炉与普通燃料粉炉结构差别很大，因而运行过程差别 也很大，必然造成运行调节规律的差别。因此，详细分析其工艺流 程与燃烧过程就显得尤为重要。 2.主要被控对象的建模 本课题将以系统辨识技术为背景，运行数据为研究依据，试验多种 辨识方法对生物质电厂典型热工过程进行辨识。寻找更准确、更便 捷得将该生物质电厂典型过程辨识出来的方法，为后面的研究做铺 垫。 3.控制策略研究 因为生物质直燃锅炉是近几年才开始发展的新兴技术，其控制和运 行调整可以借鉴的经验几乎没有。因此，积极发现现场调试中的问 题，并回来做实验仿真试验，将是研究其控制策略的有效途径。
（3）模型辨识 模型类的确定主要根据先验知识对过程的特性进行一定程度的 假设，明确所要建立的模型是静态的还是动态的，是联系的还 是离散的，是线性的还是非线性的，是参数模型还是非参数模 型等。对于我们现场经验不足的我们来说，可能还无法直接根 据响应曲线确定精确地模型类型。类型选的不好，将直接影响 辨识精度。在模型确定后，寻找更适合本生物质电厂的辨识算 法也很重要，方法选取的不好也会影响辨识精度，并直接影响 控制策略的设计。 （4）模型检验 当利用一组数据辨识得到一个模型之后，通常希望用另一组未 参与辨识的数据检验模型的适用性。如果检验结果失败，可能 存在的问题是：辨识所用的一组数据包含的信息不足或所选模 型类不合适。另外，也可以用同一组数据对不同模型进行比较， 宜选用更适合的模型。 （5）控制策略研究 因为可借鉴的经验比较少，在确定了新的控制策略后，可能 无法在现场进行实验，导致无法验证该策略的现实可行性与可 靠性。